JP4871864B2 - Non-homogeneous engine components molded by powder metallurgy - Google Patents

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Abstract

A connecting rod unitarily formed in a powder metallurgy process provides a non-homogenous structure. The connecting rod has a piston end, a crankshaft end, and an interconnecting shank. The piston end, the crankshaft end, and the interconnecting shank are formed of a structural material.

Description

本発明は、粉末冶金で成形されたコンポーネントに関し、より詳細には、粉末冶金でコンポーネントを成形するための方法と装置に関する。   The present invention relates to components molded by powder metallurgy and, more particularly, to a method and apparatus for molding components by powder metallurgy.

粉末冶金は、エンジンなどに用いられる高品質のコンポーネントを製造するために使用される一般的な製造方法である。粉末冶金は、経済的であり、融通性があると共に、必要な機械加工又は二次的加工処理が他のコンポーネント成形方法よりも少なくてすむ完成部品を製造できることから、エンジンコンポーネントの製造にしばしば採用される。粉末冶金を使えば、コンポーネントを多種多様な合金、複合材、及び他の材料から成形することができ、完成したコンポーネントが望ましい特性を備えるようにすることができる。粉末冶金は、広範囲な大きさと形状の部品を製造するのに適している。また、粉末冶金では、安定した寸法と物理的特性を備えた部品を高い信頼性で製造することができるので好都合である。   Powder metallurgy is a common manufacturing method used to manufacture high quality components used in engines and the like. Powder metallurgy is often used in the manufacture of engine components because it is economical, flexible, and can produce finished parts that require less machining or secondary processing than other component molding methods. Is done. Using powder metallurgy, components can be formed from a wide variety of alloys, composites, and other materials, so that the finished component has the desired properties. Powder metallurgy is suitable for producing parts of a wide range of sizes and shapes. Powder metallurgy is also advantageous because parts with stable dimensions and physical properties can be manufactured with high reliability.

図1は、従来の粉末冶金コンポーネントの成形工程30の工程チャートを示している。先ず、コンポーネントを構成する金属粉末を用意する(ステップ32)。プレス機類の磨耗を減らすために、しばしば金属粉末に潤滑剤を添加する。次いで、基材粉末を混ぜて均質な混合物を形成する(ステップ34)。完成したものは、最終的には構成成分である金属粉末の均質な合金である。   FIG. 1 shows a process chart of a conventional powder metallurgy component forming process 30. First, metal powder constituting the component is prepared (step 32). Lubricants are often added to metal powders to reduce press wear. The substrate powder is then mixed to form a homogeneous mixture (step 34). What is completed is a homogeneous alloy of metal powder, which is a constituent component.

次いで、成形型又は金型にこの混合粉末を充填する(ステップ36)。金型を閉じると、形状が最終的な部品に或る程度類似している内部キャビティができる。粉末は、金型内で圧縮され(ステップ38)いわゆる「生部品」となる。通常は室温で、例えば平方インチ当たり30〜50トンの圧力を掛けて締固めを行う(ステップ38)。生部品は、「圧粉体」とも呼ばれるが、金型から押し出されたときには、次の工程に合わせた所望の大きさと形状を備えている。締固め(ステップ38)後、生部品には以降の加工処理に備えた十分な強度が備わっている。   Next, the mixed powder is filled in a mold or a mold (step 36). Closing the mold creates an internal cavity whose shape is somewhat similar to the final part. The powder is compressed in a mold (step 38) into a so-called “green part”. Usually, compaction is performed at room temperature, for example, by applying a pressure of 30 to 50 tons per square inch (step 38). The green part is also called “green compact”, but when it is extruded from the mold, it has a desired size and shape suitable for the next step. After compaction (step 38), the green part has sufficient strength for subsequent processing.

生部品を焼結工程に掛ける(ステップ40)。焼結(ステップ40)後の部品に対し、使用目的に従って各種二次加工を施し(ステップ42)、完成部品が出来上がる(ステップ44)。   The green part is subjected to a sintering process (step 40). The parts after sintering (step 40) are subjected to various secondary processes according to the purpose of use (step 42), and a finished part is completed (step 44).

一般に、焼結(ステップ40)は、生部品を、例えばその構成成分である金属又は合金の融点の70〜90%の温度に曝す段階を含んでいる。炉内で温度、時間、及び雰囲気の変数を制御して、金属粒子の結合又は合金化により強度が向上した焼結部品を製造する。焼結工程(ステップ40)は、焼結炉内で実施される3つの基本的な段階、即ち、脱脂(ステップ46)、焼結(ステップ48)、及び冷却(ステップ50)を含んでいる。普通は、連続焼結炉を使用して上記工程を行う。脱脂室は、生部品成形に使用された潤滑剤を揮発させるために使用される(ステップ46)。高温室は、実際の焼結を行う(ステップ48)。冷却室は、取り扱いに先立ち部品を冷却する(ステップ50)。   In general, sintering (step 40) involves exposing the green part to a temperature of, for example, 70-90% of the melting point of its constituent metal or alloy. By controlling the temperature, time, and atmosphere variables in the furnace, a sintered part with improved strength is produced by bonding or alloying metal particles. The sintering process (step 40) includes three basic steps performed in the sintering furnace: degreasing (step 46), sintering (step 48), and cooling (step 50). Usually, the above process is performed using a continuous sintering furnace. The degreasing chamber is used to volatilize the lubricant used for green part molding (step 46). The high greenhouse performs the actual sintering (step 48). The cooling chamber cools the parts prior to handling (step 50).

冷却(ステップ50)後に焼結炉(ステップ40)から出された部品は、完成品と見なされる。或いは、部品は、1又は2以上の二次加工を受けることもある(ステップ42)。二次加工には、例えば、コンポーネントの再プレス(鍛造)(ステップ52)、機械加工(ステップ54)、バレル研磨(ステップ56)、及びコンポーネントを全体アッセンブリの一部である別のコンポーネントと接合する処理(ステップ58)が含まれる。二次加工(ステップ42)は、自動潤滑特性を与えるために油分又は潤滑剤を部品に含浸する段階(ステップ60)を含んでいることもある。焼結されたコンポーネントに熱処理を施して(ステップ62)、強度の様な或る種の特徴及び特性をコンポーネントに与えることもある。当業者には、他の二次加工を行ってもよいことが理解頂けるであろう。各二次加工(ステップ42)は、単独で行っても、他の二次加工と組み合わせて行ってもよい。全ての二次加工が実行されると(ステップ42)、コンポーネント又は部品が完成する(ステップ44)。   The part taken out of the sintering furnace (step 40) after cooling (step 50) is considered a finished product. Alternatively, the part may undergo one or more secondary processes (step 42). Secondary processing includes, for example, component re-pressing (forging) (step 52), machining (step 54), barrel polishing (step 56), and joining the component to another component that is part of the overall assembly. Processing (step 58) is included. Secondary processing (step 42) may include impregnating the part with an oil or lubricant (step 60) to provide automatic lubrication properties. The sintered component may be heat treated (step 62) to give the component certain characteristics and properties, such as strength. One skilled in the art will appreciate that other secondary processing may be performed. Each secondary processing (step 42) may be performed alone or in combination with other secondary processing. When all secondary processing has been performed (step 42), the component or part is complete (step 44).

米国特許第6,055,884号明細書、同第5,551,782号明細書、及び同第5,353,500号明細書には、それぞれ、内燃エンジンに用いられるコンロッドが開示されている。   US Pat. Nos. 6,055,884, 5,551,782, and 5,353,500 each disclose a connecting rod for use in an internal combustion engine. .

図2は、コンロッド64の使われ方を説明するために、従来の内燃エンジンの内部詳細を示している。コンロッド64は、ピストン66とクランクシャフト74に軸回転可能に接続されている。コンロッド64は、大きい方の端部又はクランク側端部76がクランクシャフト74に接続されている。ロッド64の大きい方の端76は、クランクシャフト74のシャフト部(「クランクピン」)78を受けている。コンロッド64は、更にロッド64の小さい方の端部又はピストン側端部70がピストン66に接続されている。コンロッド64の小さい方の端部70とピストン66との間で回転できるようにするためピン(「リストピン」)68が使用されている。   FIG. 2 shows internal details of a conventional internal combustion engine in order to explain how the connecting rod 64 is used. The connecting rod 64 is connected to the piston 66 and the crankshaft 74 so as to be axially rotatable. The connecting rod 64 has a larger end or a crank side end 76 connected to the crankshaft 74. The larger end 76 of the rod 64 receives a shaft portion (“crank pin”) 78 of the crankshaft 74. The connecting rod 64 further has a smaller end of the rod 64 or a piston side end 70 connected to the piston 66. A pin (“wrist pin”) 68 is used to allow rotation between the smaller end 70 of the connecting rod 64 and the piston 66.

図3から図5は、従来の方法に従って製造された従来のコンロッド64を示している。コンロッド64は、ピストン側端部70、クランクシャフト側端部76、及び胴部80を備えている。胴部80には、軽量化のために1又は2以上の陥凹部を設けている場合が多い。クランクシャフト側端部76は、クランクピン78を受け入れるための大きいアイ77を含んでいる。クランクシャフト側端部76は、大きいアイ77内でのシャフト78の回転運動に起因する磨耗と摩擦をできる限り小さくするためにクランク軸受け84を含んでいる。軸受け84は、軸受け材料88、外側材料着座面89、及び内側軸受け面86を備えている。当業者には理解頂けるように、クランク軸受け84は、クランクピン78と内側軸受け面86の間に潤滑油を供給すると、流体軸受けを形成する。   3 to 5 show a conventional connecting rod 64 manufactured according to a conventional method. The connecting rod 64 includes a piston side end portion 70, a crankshaft side end portion 76, and a body portion 80. The body 80 is often provided with one or more recessed portions for weight reduction. The crankshaft side end 76 includes a large eye 77 for receiving a crankpin 78. The crankshaft side end 76 includes a crank bearing 84 to minimize wear and friction due to the rotational movement of the shaft 78 within the large eye 77. The bearing 84 includes a bearing material 88, an outer material seating surface 89, and an inner bearing surface 86. As will be appreciated by those skilled in the art, the crank bearing 84 forms a fluid bearing when lubricating oil is supplied between the crank pin 78 and the inner bearing surface 86.

コンロッド64のピストン側端部70は、リストピン68を受け入れるための小さいアイ81を含んでいる。小さいアイ81には、作動時の回転運動に起因する摩擦と磨耗を低減するためのブッシング90が設けられている。ブッシング90は、別個又は別体の軸受け材料92、内側軸受け接触面94、及び外側軸受け着座面96を備えている。   The piston end 70 of the connecting rod 64 includes a small eye 81 for receiving a wrist pin 68. The small eye 81 is provided with a bushing 90 for reducing friction and wear caused by rotational movement during operation. The bushing 90 includes a separate or separate bearing material 92, an inner bearing contact surface 94, and an outer bearing seating surface 96.

コンロッド64は、普通は、鋼又はアルミニウム合金で構成されている。現在では、チタン合金もコンロッド64に使用されている。ブッシング90は、代表的には青銅で構成されている。   The connecting rod 64 is usually made of steel or an aluminum alloy. At present, a titanium alloy is also used for the connecting rod 64. The bushing 90 is typically made of bronze.

クランク軸受け84とブッシング90は、従来より、二次的製造及びアッセンブリ工程の一部として、コンロッド64に設けられている。軸受け84とブッシング90は、それぞれ、通常はそれ自体の別個の製造工程の一部として成形され、次に別個の製造又は組立工程としてコンロッド64と接合される。工程が増えると、製造工程に対する時間、工具類、及び労務費が増す。全ての製造の継続的な課題は費用削減である。   Crank bearing 84 and bushing 90 are conventionally provided on connecting rod 64 as part of the secondary manufacturing and assembly process. Bearing 84 and bushing 90 are each typically molded as part of their own separate manufacturing process and then joined to connecting rod 64 as a separate manufacturing or assembly process. As the number of processes increases, the time, tools, and labor costs for the manufacturing process increase. An ongoing challenge for all manufacturing is cost reduction.

従って、製造工程数、工具類、部品、及び労務費を削減した、エンジン用のコンロッドを提供することが必要とされている。   Accordingly, there is a need to provide connecting rods for engines that reduce the number of manufacturing steps, tools, parts, and labor costs.

コンロッドは、構造の別個の位置に異なる特性を提供する少なくとも2つの異なる金属成分を用いた粉末冶金工程で単一体に成形された非均質構造を含んでいる。   The connecting rod includes a heterogeneous structure formed into a single body by a powder metallurgy process using at least two different metal components that provide different properties at distinct locations in the structure.

図6は、コンロッドを含め、非均質粉末冶金で製造されるコンポーネントを製造するための工程を示している。ステップ106で1又は2以上の種類の金属粉末を金型に導入する。2つ、3つ、又はそれ以上の種類の金属粉末を、同時に(並行して)、異なる時期に(連続的に)、又は上記時期を如何様にか組み合わせて、導入してもよい。各種金属粉末は、諸成分の混合物であってもよい。金属粉末は、非均質の結果にとって望ましい場合を除き、導入前に混ぜ合わせられる。ステップ108で、金型内の粉末をプレスして生部品を成形する。ステップ110で、生部品を焼結する。鍛造、機械加工、熱処理、仕上げなどの様な1又は2以上の二次加工を、ステップ112で実施してもよい。当業者が理解できるように、本発明の精神と範囲から逸脱すること無く、粉末状金属の追加的積層及び/又は処理の段階を実行することができる。   FIG. 6 shows a process for manufacturing a component made of non-homogeneous powder metallurgy, including a connecting rod. In step 106, one or more kinds of metal powders are introduced into the mold. Two, three, or more types of metal powders may be introduced simultaneously (in parallel), at different times (sequentially), or any combination of the above times. Various metal powders may be a mixture of various components. The metal powder is mixed prior to introduction unless it is desirable for non-homogeneous results. At step 108, the powder in the mold is pressed to form a green part. In step 110, the green part is sintered. One or more secondary processes such as forging, machining, heat treatment, finishing, etc. may be performed at step 112. As those skilled in the art will appreciate, additional lamination and / or processing steps of the powdered metal can be performed without departing from the spirit and scope of the present invention.

生コンポーネント成形装置120の1つの実施形態を図7に示している。生部品成形装置120は、一般的にはフィードシュー装置120と呼ばれる。フィードシュー装置120は、一般的には、アクチュエータシリンダ134で作動可能な粉末充填容器122、上側パンチ140、下側パンチ142、及び粉末ホッパー148を備えている。より具体的には、第1容器122は、1又は2以上の接続部材138により第2容器126にしっかりと接続されている。第2容器126は、ピストン136を介してアクチュエータシリンダ134に接続されている。アクチュエータシリンダ134は、ピストン136を内又は外に押して、第1容器124と第2容器125を制御された移動方式で案内するための、油圧又は空圧式シリンダである。各容器124、126は、内部キャビティ124、128を内部に画定する側壁125を備えている。側壁125には、粉末を粉末出口弁146に向ける傾斜部分129がある。容器122、126の上部開口部127は、ホッパー148、150に接続されたシュート152、154を受け入れることができる大きさに作られている。ホッパー148、150は、それぞれ、第1内部キャビティ124及び第2内部キャビティ128のそれぞれに供給される第1及び第2粉末状金属を受ける。第1シュート152と第2シュート154は、第1容器122と第2容器126の直線的な動きを許容するように作られた可撓性のチューブを備えている。第1及び第2容器122、126は、共に、ブリッジ部材132上を滑動することにより直線的に動く。ブリッジ部材132とアクチュエータシリンダ134は、それぞれ、金型台130上に搭載されている。   One embodiment of the raw component molding apparatus 120 is shown in FIG. The green part forming apparatus 120 is generally called a feed shoe apparatus 120. The feed shoe device 120 generally includes a powder filling container 122 operable by an actuator cylinder 134, an upper punch 140, a lower punch 142, and a powder hopper 148. More specifically, the first container 122 is firmly connected to the second container 126 by one or more connecting members 138. The second container 126 is connected to the actuator cylinder 134 via the piston 136. The actuator cylinder 134 is a hydraulic or pneumatic cylinder for pushing the piston 136 in or out to guide the first container 124 and the second container 125 in a controlled movement manner. Each container 124, 126 includes a sidewall 125 that defines an internal cavity 124, 128 therein. Side wall 125 has an inclined portion 129 that directs the powder to powder outlet valve 146. The upper openings 127 of the containers 122, 126 are sized to receive the chutes 152, 154 connected to the hoppers 148, 150. The hoppers 148 and 150 receive the first and second powdered metals supplied to the first inner cavity 124 and the second inner cavity 128, respectively. The first chute 152 and the second chute 154 include a flexible tube made to allow linear movement of the first container 122 and the second container 126. Both the first and second containers 122, 126 move linearly by sliding over the bridge member 132. The bridge member 132 and the actuator cylinder 134 are mounted on the mold table 130, respectively.

フィードシュー装置120の側面図を図8に示している。金型台130には、1又は2以上の係止機構160が設けられている。係止機構160は、金型キャビティ144の充填作業の間、容器122、126を位置決めできるようにしている。係止機構160は、磁石、又は雄雌型ソケット又はその等価物の様な他の係止手段であってもよい。   A side view of the feed shoe device 120 is shown in FIG. The mold table 130 is provided with one or more locking mechanisms 160. The locking mechanism 160 allows the containers 122 and 126 to be positioned during the filling operation of the mold cavity 144. The locking mechanism 160 may be a magnet or other locking means such as a male / female socket or equivalent.

ブリッジ手段132は、ガイド166上に滑動可能に配置されている。各ガイド166は、更に、レール168上に配置されている。各ブリッジ部材132には昇降シリンダ162が配置されており、この昇降シリンダ162は、昇降ピストン154の伸張によりガイド166の上方にブリッジ部材132を上昇させることができるように作られている。図2に示すように第1容器122と金型キャビティ144が分離されている状態で、アクチュエータシリンダ162は、容器122をキャビティ144に対して横方向に移動させることができる。容器122、126は、それらがプレス工程を邪魔しないように、パンチ140、142から離れる方向に動かされるので好都合である。   The bridging means 132 is slidably disposed on the guide 166. Each guide 166 is further disposed on a rail 168. Each bridge member 132 is provided with an elevating cylinder 162, and the elevating cylinder 162 is formed so that the bridge member 132 can be raised above the guide 166 by extension of the elevating piston 154. As shown in FIG. 2, the actuator cylinder 162 can move the container 122 laterally with respect to the cavity 144 in a state where the first container 122 and the mold cavity 144 are separated. Conveniently, the containers 122, 126 are moved away from the punches 140, 142 so that they do not interfere with the pressing process.

図9は、フィードシュー装置120の上面図を示している。各容器122、126は、内部を詳細に示すため一部を破断して描かれている。金型キャビティの外周172の点線は、説明を目的に示している。1つ又は複数の粉末出口170が、各容器122、126の底面に配置されている。粉末出口170は、粉末金属の金型キャビティ144への送給を制御するための弁148を含んでいる。出口170は、充填工程の間に特定の出口170を通る相対流量を制御することができる大きさに作られている。第1容器122は、出口170を1つ備えたものとして示されている。第2容器126は、異なる大きさの出口170を3つ備えたものとして示されている。本発明の範囲から逸脱すること無く、円形の出口に代えて、各種多角形状又は偏心形状又は異なる大きさを採用することができる。   FIG. 9 shows a top view of the feed shoe device 120. Each container 122, 126 is drawn with a portion broken away to show the interior in detail. The dotted lines on the outer periphery 172 of the mold cavity are shown for illustrative purposes. One or more powder outlets 170 are located on the bottom surface of each container 122, 126. The powder outlet 170 includes a valve 148 for controlling the delivery of powder metal to the mold cavity 144. The outlet 170 is sized to control the relative flow rate through the particular outlet 170 during the filling process. The first container 122 is shown as having one outlet 170. The second container 126 is shown as having three outlets 170 of different sizes. Various polygonal shapes, eccentric shapes, or different sizes can be employed instead of a circular outlet without departing from the scope of the present invention.

粉末出口170の大きさと位置は、完成部品に関する所定の特性の条件に対応できるよう都合に合わせて選定される。例えば、内燃エンジンのピストンのコンロッドは、リストピンアッセンブリの一部として軸受けを使用している。コンロッドを製造するための従来の方法では、別途成形された軸受けを事前に成形されたコンロッドに、二次工程の一部として装着する。ここで開示している装置と方法は、コンロッドと一体になった軸受けを成形するために、正確な位置に配置された粉末出口を提供しているので好都合である。   The size and position of the powder outlet 170 is selected to suit the requirements of the predetermined characteristics for the finished part. For example, piston rods for internal combustion engines use bearings as part of the wrist pin assembly. In a conventional method for manufacturing a connecting rod, a separately molded bearing is mounted on a previously molded connecting rod as part of a secondary process. The apparatus and method disclosed herein is advantageous because it provides a precisely positioned powder outlet for molding a bearing integral with a connecting rod.

図9に示すフィードシュー装置は、上記に加え液体注入装置174を含んでいる。液体注入装置174は、成形工程の間に第1内部キャビティ124に液体を注入する。注入装置176への入口は、溶液を供給する液体導管178に接続されている。この装置は、死脚部容積ゼロのソレノイド弁の様なソレノイド弁を備えている。本発明の範囲から逸脱すること無く、滴の垂れない様々な適したな弁を使用することができる。当業者には理解頂けるように、第2容器に第2液体注入装置を設けて本発明を実施することもでき、或いは、第1及び第2容器の両方と連通する1つの液体注入装置で実施することもできる。   The feed shoe device shown in FIG. 9 includes a liquid injection device 174 in addition to the above. The liquid injection device 174 injects liquid into the first internal cavity 124 during the molding process. The inlet to the infusion device 176 is connected to a liquid conduit 178 that supplies the solution. This device includes a solenoid valve such as a solenoid valve with a dead leg volume of zero. Various suitable valves that do not drip can be used without departing from the scope of the present invention. As will be appreciated by those skilled in the art, the second container may be provided with a second liquid injection device to practice the present invention, or may be implemented with a single liquid injection device in communication with both the first and second containers. You can also

溶液としては、水溶液、潤滑剤、表面活性剤、又は冷間圧接に備えて金属粒子を洗浄するための賦活溶液が挙げられる。溶液には、硬化剤の様な、材料又は溶媒に混和させることを意図したあらゆる溶液が含まれる。潤滑剤の注入は、装置の金型キャビティの磨耗を低減するために行われる。   Examples of the solution include an aqueous solution, a lubricant, a surfactant, or an activation solution for washing metal particles in preparation for cold welding. Solutions include any solution that is intended to be miscible in the material or solvent, such as a curing agent. Lubricant injection is performed to reduce wear in the mold cavity of the device.

図10は、容器122、126の粉末出口170を備えている弁アッセンブリ148を示している。ハウジング面182は、スライド孔124と協働して粉末出口170の開位置Pと閉位置Pを画定している。スライド孔184は、アクチュエータ134が容器122、126を直線的に並進運動させるのに応じて、位置PとPの間を移動する。開状態では、金属粉末は自由に容器を出て金型キャビティに入る。閉位置では、キャビティへの粉末の移送が阻止される。本発明の範囲から逸脱すること無く、フィードシューから金型キャビティへの粉末の流れを遮断するため他の方法又は装置を利用することができる。 FIG. 10 shows a valve assembly 148 with a powder outlet 170 for containers 122, 126. The housing surface 182 defines an open position P 1 and a closed position P 2 for the powder outlet 170 in cooperation with the slide hole 124. Slide hole 184, the actuator 134 in response to cause linearly translate the containers 122 and 126, to move between positions P 1 and P 2. In the open state, the metal powder is free to leave the container and enter the mold cavity. In the closed position, powder transfer to the cavity is prevented. Other methods or devices can be utilized to block the flow of powder from the feed shoe to the mold cavity without departing from the scope of the present invention.

図11と図12は、キャビティ144への金属粉末の流れを制御するための装置と方法の代わりの実施形態を示している。送給チューブ186が、容器122、126の内部キャビティ124、128と金型キャビティ144の間を連通している。送給チューブ186は、ゴムの様な可撓性を有する材料で構成されている。容器122、126の底部側壁は、図に示すようにチャネル188を画定している。チャネル188内には、鋏み又は摘み装置190が配置されている。摘み装置190が後退し、即ちチューブ186を押圧していない時、送給チューブ186は、図11に示すように開位置にある。   FIGS. 11 and 12 show an alternative embodiment of an apparatus and method for controlling the flow of metal powder into the cavity 144. A feed tube 186 communicates between the internal cavities 124, 128 of the containers 122, 126 and the mold cavity 144. The feed tube 186 is made of a flexible material such as rubber. The bottom sidewalls of the containers 122, 126 define a channel 188 as shown. In the channel 188, a pinching or picking device 190 is arranged. When the picking device 190 is retracted, that is, not pressing the tube 186, the feeding tube 186 is in the open position as shown in FIG.

図12は、摘み装置190がチューブの側壁を互に接触するまで押圧して粉末流を遮断した閉位置にあるチューブ186を示している。摘み装置190は、空圧制御により送給チューブ186に向けて押される。チャネル188には高圧が供給されて、摘み装置190をチューブ186に向けて押し付ける。この高圧状態を取り除くと、チューブ186が、その本来の弾性により再度開いて粉末が流れる。本発明の範囲から逸脱すること無く、空圧式駆動手段に代えてリンケージの様な機械的手段を使用することもできる。   FIG. 12 shows the tube 186 in a closed position where the picking device 190 pressed the side walls of the tube until they touched each other to block the powder flow. The knob device 190 is pushed toward the feed tube 186 by pneumatic control. The channel 188 is supplied with high pressure and presses the picking device 190 against the tube 186. When this high pressure state is removed, the tube 186 reopens due to its inherent elasticity and the powder flows. Mechanical means such as a linkage can be used in place of the pneumatic drive means without departing from the scope of the present invention.

粉末冶金で非均質な物品を製造するための方法と装置を図6から図8並びに関連する本文中に説明している。以下の説明は、内燃エンジンのコンロッドの製造に更に的を絞って記述しており、ここでは、ロッドは単一の成形加工手順の一部として一体成形された一体の軸受けを有している。鋼の様な第1の金属粉末を第1ホッパー148に入れて、青銅の様な第2の金属粉末を第2ホッパー150に入れる。必要に応じてアクチュエータシリンダ134のピストン136を伸縮させることにより、第1容器122を金型キャビティ144の上に中心合わせする。   Methods and apparatus for producing non-homogeneous articles by powder metallurgy are described in FIGS. 6-8 and the associated text. The following description is more focused on the manufacture of connecting rods for internal combustion engines, where the rod has an integral bearing that is integrally molded as part of a single molding process. A first metal powder such as steel is placed in the first hopper 148 and a second metal powder such as bronze is placed in the second hopper 150. The first container 122 is centered on the mold cavity 144 by expanding and contracting the piston 136 of the actuator cylinder 134 as necessary.

第1の金属粉末を第1内部キャビティ124に導入する。所定粉末量の第1粉末を、粉末出口170を通して成形型又は金型キャビティ144に充填する。第1粉末の流れは、粉末出口170で弁148により止められる。第2容器126の中心が金型キャビティ144の上に来るまで、ピストン136を伸ばす。なお、粉末出口170は、金型キャビティの上に中心が来ないようになっていて、一体の軸受けが成形されることになる個別位置に第2粉末を堆積させることができるようになっているので好都合である。所定量の第2粉末を金型キャビティ144に充填する。キャビティ144が完成部品を成形するのに十分な量の金属粉末で満たされるまで、第1及び第2粉末充填工程を繰り返す。   First metal powder is introduced into the first internal cavity 124. A predetermined amount of the first powder is filled into the mold or mold cavity 144 through the powder outlet 170. The flow of the first powder is stopped by valve 148 at the powder outlet 170. The piston 136 is extended until the center of the second container 126 is over the mold cavity 144. The powder outlet 170 is not centered on the mold cavity, so that the second powder can be deposited at an individual position where an integral bearing is to be formed. So convenient. The mold cavity 144 is filled with a predetermined amount of the second powder. The first and second powder filling steps are repeated until the cavity 144 is filled with a sufficient amount of metal powder to form the finished part.

第1容器122が上側140及び下側142のパンチから外れる位置に来るまで、ピストン136を後退させる。一旦クリアランスが確立されると、金型キャビティ144内の粉末がプレスされ生部品が成形されるので好都合である。生部品を焼結炉に入れて、次いで冷却する。冷却した焼結済みコンロッドを、最終的な許容範囲まで機械加工する。本発明の範囲から逸脱すること無く、鍛造、浸炭、窒化処理、又は軸受け押えをその残りから粉砕するなどの二次加工を行うことができる。一体の軸受けが成形工程の間に設けられるので、ロッドのピストン側端部(小さい方の端部)にもクランク側端部(大きい方の端部)にも、別個の又は別々の軸受けを、二次加工の一部として設ける必要はない。他の二次加工が完了すれば完成品のコンロッドが得られる。   The piston 136 is retracted until the first container 122 is in a position where it is out of the punches on the upper side 140 and the lower side 142. Once the clearance is established, it is advantageous because the powder in the mold cavity 144 is pressed and the green part is molded. The green part is placed in a sintering furnace and then cooled. The cooled sintered connecting rod is machined to final tolerance. Secondary processing such as forging, carburizing, nitriding, or grinding the bearing retainer from the remainder can be performed without departing from the scope of the present invention. Since integral bearings are provided during the molding process, separate or separate bearings are provided at both the piston end (smaller end) and the crank end (larger end) of the rod, It is not necessary to provide it as part of the secondary processing. When other secondary processing is completed, a finished connecting rod is obtained.

コンロッドを図15と図16に示している。単一体のロッド300は、一般には、大きい方の(クランク側)端部302が胴部306を介して小さい方の(ピストン側)端部304に接続された構成となっている。ピストン側端部304は、リストピンを受け入れるように作られた小さい穴又はアイ308を含んでいる。クランク側端部302は、クランクシャフトのシャフト部分を受け入れるように作られた大きい穴又はアイ310を含んでいる。胴部306、クランク側端部302、ピストン側端部304は、鋼又はアルミニウム合金の様な第1の合金で構成されているのが好都合である。   The connecting rod is shown in FIGS. In general, the single rod 300 is configured such that a larger (crank side) end portion 302 is connected to a smaller (piston side) end portion 304 via a body portion 306. Piston end 304 includes a small hole or eye 308 that is configured to receive a wrist pin. The crank end 302 includes a large hole or eye 310 made to receive the shaft portion of the crankshaft. Conveniently, the body 306, the crank end 302 and the piston end 304 are made of a first alloy such as steel or aluminum alloy.

クランク側端部302には、クランク支持面316が形成されている。クランク支持面316は、単一の成形工程の一部として、胴部306及び端部302、304と単一体として又は一体に成形されている。クランク支持面316は、クランクピン(図示せず)と係合する。ピストン側端部304には、リストピン支持面318が形成されている。リストピン支持面318も、胴部306及び端部302、304と単一体として又は一体に成形されている。リストピン支持面318は、リストピン(図示せず)と係合する。支持面316、318は、胴部306及び端部302、304の残り部分とは異なる合金、例えば青銅で形成されている。クランク支持面316は、大きいアイ310の開口部を形成する内側の層の縁部312に形成されているのが好都合である。リストピン支持面318は、小さいアイ308の開口部を形成する内側の層の縁部314に好都合に形成されている。クランク支持面316とリストピン支持面318に強度、摩擦などの様な異なる特性を与えるために、クランク支持面316は或る合金で形成され、リストピン支持面318は別の合金で形成されるのが好都合である。上記2つの合金は、胴部306、クランク側端部302、及びピストン側端部304の大部分を構成している材料とは異なっているのが好都合である。当業者には理解頂けるように、本発明の範囲から逸脱すること無く、他の合金を使用することもできる。   A crank support surface 316 is formed at the crank side end portion 302. The crank support surface 316 is molded as a single body or integrally with the body 306 and the ends 302, 304 as part of a single molding process. The crank support surface 316 engages with a crank pin (not shown). A wrist pin support surface 318 is formed at the piston side end portion 304. The wrist pin support surface 318 is also formed as a single body or integrally with the body portion 306 and the end portions 302 and 304. The wrist pin support surface 318 engages with a wrist pin (not shown). The support surfaces 316 and 318 are made of an alloy different from that of the body 306 and the remaining portions of the end portions 302 and 304, such as bronze. The crank support surface 316 is conveniently formed on the edge 312 of the inner layer that forms the opening of the large eye 310. The wrist pin support surface 318 is advantageously formed on the edge 314 of the inner layer that forms the opening of the small eye 308. In order to give the crank support surface 316 and wrist pin support surface 318 different properties such as strength, friction, etc., the crank support surface 316 is formed from one alloy and the wrist pin support surface 318 is formed from another alloy. Is convenient. The two alloys are advantageously different from the material comprising the bulk of the barrel 306, crank end 302, and piston end 304. As will be appreciated by those skilled in the art, other alloys may be used without departing from the scope of the present invention.

図13は、図6の方法に従って生部品を成形するための代わりの装置を示している。この実施形態によるフィードシュー装置は、単一の容器222を備えている。容器222は、側壁223と中央仕切り224を備えている。側壁223と中央仕切り224は、第1区画又は室226と第2区画又は室228を画定している。第1区画226は第1ホッパー230から第1金属粉末を受け取り、第2区画228は第2ホッパー232から第2金属粉末を受け取る。第1室226には第1粉末出口234が設けられ、第2室228には第22粉末出口226が設けられている。   FIG. 13 shows an alternative apparatus for forming green parts according to the method of FIG. The feed shoe device according to this embodiment includes a single container 222. The container 222 includes a side wall 223 and a central partition 224. Side wall 223 and central partition 224 define a first compartment or chamber 226 and a second compartment or chamber 228. The first compartment 226 receives the first metal powder from the first hopper 230 and the second compartment 228 receives the second metal powder from the second hopper 232. The first chamber 226 is provided with a first powder outlet 234, and the second chamber 228 is provided with a twenty-second powder outlet 226.

作動時、第1及び第2粉末は、金型キャビティに同時に供給される。各粉末出口234、236は、プレス工程前にキャビティ238の各所望位置に第1及び第2粉末を充填することを促進する位置に配置され且つそれに合う大きさに作られている。代わりに、各金属粉末を充填する前に、ピストン240で容器222を直線方向に移動させて、第1出口234又は第2出口236を、それぞれ金型キャビティ238の上に配置するようにしてもよい。更に別のやり方では、粉末出口234、235を選択的に開閉して、当該部品に密度勾配を作り出すか、第2材料を第1材料の中に追加して配置するようにしてもよい。また、上記各やり方を組み合わせたものを、同じ成形工程の一部として採用してもよい。   In operation, the first and second powders are simultaneously supplied to the mold cavity. Each powder outlet 234, 236 is sized and sized to facilitate filling of each desired location in cavity 238 with the first and second powders prior to the pressing process. Instead, the first outlet 234 or the second outlet 236 may be placed on the mold cavity 238 by moving the container 222 in a linear direction with the piston 240 before filling each metal powder. Good. In yet another approach, the powder outlets 234, 235 may be selectively opened and closed to create a density gradient in the part, or a second material may be placed in the first material. Moreover, you may employ | adopt what combined said each method as a part of the same shaping | molding process.

図14は、生部品成形(フィードシュー)装置250の又別の実施形態を示している。この実施形態も単一の容器252を備えている。容器は、第1仕切り256と第2仕切り254を備えており、第1室又は区画258、第2室260、及び第3室262を画定している。各室258、260、262は、それぞれ、第1粉末出口264、第2粉末出口266、第3粉末出口268を受け、それぞれ、第1ホッパー270、第2ホッパー272、第3ホッパー274に連通している。当業者には理解頂けるように、本発明は、本発明の範囲を逸脱すること無く、室数を3つより増やして実施することもできる。更に、1つのホッパーを2つ以上の室と連通させてもよい。   FIG. 14 shows another embodiment of a green part forming (feed shoe) apparatus 250. This embodiment also includes a single container 252. The container includes a first partition 256 and a second partition 254, and defines a first chamber or compartment 258, a second chamber 260, and a third chamber 262. Each chamber 258, 260, 262 receives a first powder outlet 264, a second powder outlet 266, and a third powder outlet 268, respectively, and communicates with the first hopper 270, the second hopper 272, and the third hopper 274, respectively. ing. As will be appreciated by those skilled in the art, the present invention may be practiced with more than three chambers without departing from the scope of the present invention. Furthermore, one hopper may communicate with two or more chambers.

3つの室258、260、262を使えば、2つの異なる粉末の第1の粉末を、金型キャビティ276の2つの箇所に同時に導入できるようになる。或いは、3つの室258、260、262は、単一の成形工程の一部として、3つの粉末を金型キャビティ276に導入できるようにする。図14の実施形態は、2室の実施形態について上で説明したものと実質的に同じやり方で実施される。   Using three chambers 258, 260, 262 allows the first powder of two different powders to be introduced simultaneously into two locations of the mold cavity 276. Alternatively, the three chambers 258, 260, 262 allow three powders to be introduced into the mold cavity 276 as part of a single molding process. The embodiment of FIG. 14 is implemented in substantially the same manner as described above for the two-chamber embodiment.

上記手順は、部品の別個の位置に異なる特性を備えたコンポーネントを提供するために行われる。例えば、内燃エンジンのコンロッドには、単一の成形工程によって一体の軸受け即ち支持面が設けられる。コンロッドを製造する本方法では、それぞれ別物の軸受けとブッシングとを別に成形してロッドに装着するという追加的工程が不要となり、費用、時間、部品点数、及び複雑性を軽減することができる。   The above procedure is performed to provide components with different characteristics at separate locations on the part. For example, the connecting rod of an internal combustion engine is provided with an integral bearing or support surface in a single molding process. In the present method for manufacturing a connecting rod, an additional step of separately molding and attaching a separate bearing and bushing to the rod is not required, and the cost, time, number of parts, and complexity can be reduced.

以上、上記各実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、当業者が理解できるように、本発明の思想と範囲から逸脱すること無く、形態及び詳細事項に変更を加えることができる。説明した実施形態は、全ての点において例示を目的としたもので、本発明に限定を課するものではない。従って、本発明の範囲は、上記説明の内容ではなく特許請求の範囲により表される。   As described above, the present invention has been described with reference to the above-described embodiments. However, as can be understood by those skilled in the art, changes can be made to the embodiments and details without departing from the spirit and scope of the present invention. The described embodiments are intended to be illustrative in all respects and are not intended to limit the invention. Therefore, the scope of the present invention is expressed not by the contents of the above description but by the claims.

先行技術による粉末冶金製造工程を示すプロセスフローチャートである。It is a process flowchart which shows the powder metallurgy manufacturing process by a prior art. 先行技術による車両エンジンの部分破断斜視図である。1 is a partially broken perspective view of a vehicle engine according to the prior art. 先行技術によるコンロッドの平面図である。It is a top view of the connecting rod by a prior art. 図3のコンロッドのa−a線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the aa line of the connecting rod of FIG. 先行技術によるコンロッドの斜視図である。1 is a perspective view of a connecting rod according to the prior art. 本発明による粉末冶金製造工程を使用して非均質コンポーネントを製作するためのプロセスフローチャートである。4 is a process flow chart for fabricating a heterogeneous component using a powder metallurgy manufacturing process according to the present invention. 本発明による生部品成形装置の側面破断図である。1 is a side cutaway view of a green part molding apparatus according to the present invention. 本発明による生部品成形装置の前面図である。1 is a front view of a green part molding apparatus according to the present invention. 本発明による生部品成形装置の上面図である。It is a top view of the green component forming apparatus by this invention. 本発明による生部品成形装置の供給弁の部分上面破断詳細図である。It is a partial upper surface fracture | rupture detailed drawing of the supply valve of the raw component molding apparatus by this invention. 本発明による、開位置にある粉末出口の部分破断側面詳細図である。FIG. 3 is a partially broken side detail view of a powder outlet in an open position according to the present invention. 本発明による、閉位置にある粉末出口の部分破断側面詳細図である。FIG. 3 is a partial cutaway side detail view of the powder outlet in the closed position according to the present invention. 本発明による生部品成形装置の側面破断図である。1 is a side cutaway view of a green part molding apparatus according to the present invention. 本発明による生部品成形装置の側面破断図である。1 is a side cutaway view of a green part molding apparatus according to the present invention. 本発明による非均質コンロッドの側面破断図である。1 is a side cutaway view of a non-homogeneous connecting rod according to the present invention. 図15のコンロッドの前面図である。It is a front view of the connecting rod of FIG.

Claims (3)

粉末冶金工程で単一体に成形された非均質構造体を備えているコンロッドであって、
前記構造体は、ピストン側端部と、クランクシャフト側端部と、相互接続用胴部とを有し、
前記ピストン側端部と、前記クランクシャフト側端部と、前記相互接続用胴部とは、構造材料で形成され、
前記ピストン端部は、リストピンを受け入れるための小さいアイを有し、
前記小さいアイは、前記構造材料と一体に成形された第2材料を備えており、
前記クランクシャフト側端部は、クランクピンを受け入れるための大きいアイを有し、 前記大きいアイは、前記構造材料形成過程と一体に成形された第3材料を備えており、
前記第2材料と前記第3材料は、異なる粉末金属である、ことを特徴とする、コンロッド。
A connecting rod comprising a non-homogeneous structure formed into a single body by a powder metallurgy process,
The structure has a piston side end, a crankshaft side end, and an interconnecting body,
The piston side end, the crankshaft side end, and the interconnection body are formed of a structural material,
The piston end has a small eye for receiving a wrist pin;
The small eye comprises a second material molded integrally with the structural material ;
The crankshaft side end has a large eye for receiving a crankpin, and the large eye includes a third material molded integrally with the structural material forming process,
The connecting rod, wherein the second material and the third material are different powder metals .
コンロッドの成形方法であって、
非均質なコンロッドを成形するために、少なくともつの異なる金属成分に対して粉末冶金工程を実行する段階と、
前記少なくとも3つの異なる金属成分の第1の成分によって、小さいアイの支持面であって、リストピンと係合可能である支持面の少なくとも一部を一体に形成する段階と、
前記少なくとも3つの異なる金属成分の第2の成分によって、大きいアイの支持面であって、クランクピンと係合可能である支持面の少なくとも一部を一体に形成する段階と、
ピストン側端部と、クランクシャフト側端部と、相互接続用胴部とを、前記少なくとも3つの異なる金属成分の第3の成分によって一体に形成する段階と、を備え、
前記少なくとも3つの異なる金属成分の第2の成分と第3の成分は異なる金属成分であることを特徴とする、
コンロッドを成形する方法。
A method of forming a connecting rod,
Performing a powder metallurgy process on at least three different metal components to form a heterogeneous connecting rod ;
Integrally forming at least a portion of a small eye support surface that is engageable with a wrist pin by a first component of the at least three different metal components;
Integrally forming at least a portion of a large eye support surface engageable with a crankpin by a second component of the at least three different metal components;
Forming a piston side end, a crankshaft side end, and an interconnecting body integrally with a third component of the at least three different metal components,
The second component and the third component of the at least three different metal components are different metal components,
A method of forming a connecting rod.
成形型の第1部分に第1金属粉末を充填する段階と、
成形型の第2部分に第2金属粉末を充填する段階と、
成形型の第3部分に第3金属粉末を充填する段階と、
前記成形型の中の前記金属粉末に圧力を加える段階と、
前記成形型の中の前記金属粉末を焼結する段階と、を更に含んでいる、
請求項に記載の方法。
Filling the first part of the mold with the first metal powder;
Filling the second part of the mold with the second metal powder ;
Filling the third part of the mold with the third metal powder;
Applying pressure to the metal powder in the mold;
Sintering the metal powder in the mold.
The method of claim 2 .
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